Un team di ricerca guidato dal Prof. Dr. Michael Sommer, Professore di chimica dei polimeri presso la Chemnitz University of Technology, e PD Dr. Michael Walter, capo progetto presso il Cluster Of Excellence Living, adattivo, e Sistemi di materiali autonomi dal punto di vista energetico (livMatS) presso l'Università di Friburgo, è riuscito a costruire una nuova molecola colorante dalla zona dei cosiddetti meccanofori.

Grazie a questa molecola, sollecitazioni di diversa entità nei componenti in plastica possono essere visualizzate continuamente dai cambiamenti di colore. Il concetto di tali coloranti non è nuovo, ma la maggior parte dei meccanofori precedenti era in grado di indicare solo la presenza o l'assenza di stress nelle materie plastiche. L'attuale ricerca consente ora di differenziare tra sollecitazioni di diversa entità. Ciò aggiunge grandi vantaggi ogni volta che è importante mappare le distribuzioni delle sollecitazioni nei componenti plastici macroscopici per monitorare in ogni momento l'integrità del materiale. Il team di ricerca è ora un ulteriore passo avanti nello sviluppo di questa forma efficace di analisi della deformazione e dei danni, avvicinandolo alle applicazioni pratiche.

I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura il 9 luglio, 2021.

La molla molecolare mostra la forza del carico in termini di colore

Come riportano i ricercatori nella loro pubblicazione, combinando un colorante molecolare con un adatto e, soprattutto, plastica non fragile, le forze macroscopiche possono ora essere ridotte alla scala molecolare. Queste forze agenti possono essere, Per esempio, pressione o tensione esterna.

La molecola del colorante "sente" quindi la forza che agisce all'interno dei componenti plastici e continua a indicare i cambiamenti di forza aumentando i cambiamenti di colore. Se il carico esterno viene tolto, la molecola del colorante ritorna al suo stato originale. Questo è il motivo per cui questo colorante è definito una "molla molecolare" - si allunga e "molle" - a seconda della tensione esterna.

Rispetto agli interruttori molecolari esistenti che traducono lo stress nella plastica cambiando colore, i vantaggi qui risiedono chiaramente nella mappatura continua di forze di diverse grandezze e nel comportamento a molla della molecola, che può quindi essere utilizzato più e più volte.

Migliori proprietà meccaniche:migliore comprensione e applicazione dello smorzamento

"Questo è un passo coraggioso verso la visualizzazione diretta delle sollecitazioni residue esterne della plastica con semplici metodi analitici, che è di grande aiuto per l'ulteriore sviluppo di materiali con proprietà meccaniche migliorate realizzati da, Per esempio, Stampa 3D, " riassume il prof. Michael Sommer.

Ma potrebbe anche consentire una comprensione più fondamentale delle proprietà di smorzamento dei materiali sintetici e dei sistemi naturali:ad esempio, ci sono frutti grandi e pesanti che cadono dagli alberi da grandi altezze ma rimangono intatti. La natura qui serve da modello, e le molle molecolari potrebbero aiutare a comprendere e imitare meglio tali sistemi.

Gli sforzi futuri si concentreranno quindi sull'adattamento delle molle a forza molecolare per l'uso in varie plastiche. Ciò richiederà sforzi congiunti con altri gruppi di ricerca e l'uso di metodi assistiti da computer.